Рабочая программа для направления (специальности) 550200 "Автоматизация и управление"

Вид материала

Содержание

Распределение учебного времени
2. Цели и задачи учебной дисциплины
3. Содержание дисциплины
Теоретический раздел дисциплины – лекции
3.1.2. Принципы постоения работы современных эвм.
3.1.4. Периферийные устройства эвм и организация систем ввода-вывода.
Системы и сети
Программа самостоятельной познавательной деятельности
4.3. Подготовка к лабораторным работам (12 часов).
5.Текущий и итоговый контроль результатов
Учебно-методическое обеспечение
6.2. Перечень рекомендуемой литературы

Подобный материал:

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УТВЕРЖДАЮ

Декан А В Т Ф

____________Ю.С.Мельников

"___"_________2000 г.

ЭВМ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

для направления (специальности)

550200 - "Автоматизация и управление"

210100 – “Управление и информатика в технических системах”

Факультет Автоматики и Вычислительной Техники (АВТФ)

Обеспечивающая кафедра Автоматики и Компьютерных Систем (АиКС)

Курс 3

Семестр весенний

Учебный план набора 2000 года

Распределение учебного времени

Лекции 54 часа (ауд.)

Лабораторные занятия 18 часов (ауд.)

Всего аудиторных занятий 72 часа

Самостоятельная работа 72 часа.

Общая трудоемкость 144 часа

Экзамен в 6 семестре

ТОМСК 2000

1.Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению 550200

"Автоматизация и управление", утвержденного

________________________________________________

РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры АиКС____________ протокол №___________

2. Разработчик

профессор каф. АиКС __________________ Г.П. Цапко

3. Зав. обеспечивающей кафедрой АиКС

______________________________Г.П. Цапко

Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими кафедрами специальности; СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.

Зав. выпускающей кафедрой АиКС

______________________________ Г.П. Цапко

1.АННОТАЦИЯ

Программа по курсу «Организация и функционирование ЭВМ» разработана для направления 550200 «Автоматизация и управление». Может быть использована для обучения студентов по родственным специальностям. Основные разделы программы: принципы и теоретические основы построения современных ЭВМ, принципы построения и работы устройств ЭВМ, персональные компьютеры, периферийные устройства ЭВМ и организация систем ввода-вывода, программное обеспечение ЭВМ, управляющие вычислительные машины, системы, комплексы и сети.

Разработчик – профессор кафедры АиКС Цапко Г.П. , E-mail: tsapko@acs.cctpu.edu.ru

ABSTRACT

The program at the course “Computer and computer systems” is developed for the students of direction “ Automation and control”. It can be used for training of the students of the same type specialties. Main sections of the working program: principle and the theoretical bases of the modern computer design, principle of the design and function of the computer unites, personal computers, input-output systems, computer software, control computer, computer systems and computer nets.

The developer – professor of the faculty of automation and computer systems G. Tsapko, E-mail: tsapko@acs.cctpu.edu.ru

2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Цели преподавания дисциплины

Цель курса – научить студентов квалифицированно использовать ЭВМ для решения инженерно-научных задач. Эта цель достигается не только изучением алгоритмических языков и программного обеспечения. Для полного учета всех преимуществ и ограничений, характеризующих процесс решения задачи на ЭВМ, необходимо знание принципов построения и функционирования как ЭВМ в целом, так и отдельных ее устройств. Для эффективного применения ЭВМ также необходимо понимание возможностей и знание внутренней структуры современных персональных компьютеров.

2.2. Задачи изложения и изучения учебной дисциплины

3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате изучения дисциплины студенты должны знать основные принципы и теоретические основы построения ЭВМ; архитектуру и характеристики ЭВМ; функциональную организацию ЭВМ и архитектуру аппаратных средств ЭВМ; организацию и правила функционирования основных устройств; уметь разбираться в существующем программном обеспечении; в системных ресурсах ПЭВМ; знать системный блок ПЭВМ, особенности организации и функционирования управляющих микропроцессорных систем и комплексов; периферийное оборудование ПЭВМ; драйверы внешних устройств.

3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ ДИСЦИПЛИНЫ – ЛЕКЦИИ

( 54 часа )

3.1.1.ПРИНЦИПЫ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ.

3.1.1.1.Основные понятия вычислительной техники (2 часа).

Понятие алгоритма, программы, операции, адреса. Принципы построения и структура ЭВМ Дж. Фон Неймана. Этапы развития средств вычислительной техники. Классификация средств ВТ.

3.1.1.2. Принципы построения современных ЭВМ (2 часа).

Понятие об архитектуре ЭВМ. Многоуровневая организация ЭВМ. Особенности архитектур основных типов ЭВМ. Принципы построения систем управления с ЭВМ.

3.1.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТОЕНИЯ РАБОТЫ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ.

3.1.2.1. Память ЭВМ (4 часа).

Назначение и организация системы памяти ЭВМ. Иерархическая организация и сравнительные характеристики устройств памяти.

Основная память. Классификация БИС памяти. Организация, схемотехника и принцип работы БИС ОЗУ статического и динамического типа, а также БИС ПЗУ.

Внешне ЗУ на магнитных, оптических и магнито-оптических дисках. Принципы организации, хранения, записи и чтения информации на ВЗУ.

3.1.2.2. Процессоры (14 часов).

3.1.2.2.1. Обобщенная структура процессора (2 часа).

Обобщенная структура процессора в виде композиции операционного и управляющего автоматов.

3.1.2.2.2. Программный уровень организации ЭВМ (4 часа).

Принцип программного и микропрограммного управления. Система команд ЭВМ. Структура и принцип работы устройства управления процессора Информационные связи и связи по управлению.

Способы адресации операндов и команд. Причина многообразия и назначение различных способов адресации. Сегментная и страничная адресации памяти.

3.1.2.2.3. Микропрограммный уровень организации ЭВМ (4 часа).

Принцип программного управления. Функции и структура операционного устройства. Микрооперации и функциональные микропрограммы. Выполнение микропрограммы во времени.

Организация операционных автоматов. Организация управляющих автоматов. Управляющие автоматы с программируемой логикой и жесткой логикой.

Арифметико-логические устройства. Организация АЛУ с фиксированной запятой. Способы выполнения операций сложения, умножения и деления. Выполнение операций с плавающей запятой. Логические операции.

3.1.2.2.4. Микропроцессоры (4 часа).

Основные понятия. Архитектура микропроцессоров. Микропроцессоры с фиксированной разрядностью и списком команд. Секционированные МП. Тенденции развития архитектуры микропроцессоров. Микропроцессоры персональных компьютеров. Однокристальные ЭВМ. Микроконтроллеры.

3.1.3. ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ (6 часов).

3.1.3.1. Микропроцессоры современных персональных компьютеров (4 часа).

Эволюция развития «допентиумных» процессоров семейства х86: от Intel 8086 до Intel 486. Программная модель 32-разрядных процессоров. Организация памяти. Ввод-вывод и прерывания. Технология ММХ. Защищенный режим. Страничное управление памятью. Виртуализация прерываний. Кэширование памяти.

3.1.3.2. Структура и состав персональных компьютеров (4 часа).

Системный блок. Материнские платы. Память ОЗУ. Кэш-память. BIOS и CMOS RAM. Системные и локальные шины. Накопители на жестких дисках (винчестеры) и на компакт-дисках. Интерфейсы накопителей. Мониторы. Видеоадаптеры.

3.1.4. ПЕРИФЕРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА ЭВМ И ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА.

Ввод-вывод информации в ЭВМ (2 часа).

Назначение периферийных устройств. Три типа ПУ: для связи оператором, ВЗУ. Устройства сопряжения с объектом. Операции ввода-вывода: программный обмен, обмен по прерываниям, прямой доступ к памяти.Роль прерываний в организации систем реального времени.

Периферийные устройства ПЭПВ (2 часа).

Клавиатура, мыши, сканеры, диджитайзеры, матричные, струйные и лазерные принтеры, модемы, плоттеры, звуковые карты.

Часть 3.2. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ

3.2.1. Структура ПО ЭВМ (2 часа)

Определение и назначение ПО. Этапы развития ПО. Классификация ПО для различных классов: общее (системное) и специальное ПО ЭВМ общего назначения. ПО “встраиваемых микро-ЭВМ”.

3. 2.2. Операционные системы (4 часа)

Определение ОС. ПО “встраиваемых микро-ЭВМ Понятия: задача, сообщение, обменник, способы посылки и принятия готовых программ в системах реального времени. Состояние выполняемой задачи, системы приоритетов, обработка прерываний. Понятие ядра ОС РВ и его функции.

Разработка управляющих программ в среде инструментальных (технологических) ОС. Настройка ядра исполнительских ОС и конфигурации системы под задачу. Структура типовой инструментальной ОС. Операционные системы ПЭВМ. Структура и основные функции. Особенности разработки прикладных программ.

3.2.3. Классификация и характеристики языков программирования

и трансляторов (2 часа)

Принципы построения и работы трех типов трансляторов: ассемблеров, компиляторов, интерпретаторов.

3.2.4. Средства отладки и редактирования (2 часа)

Понятие о назначении, составе и порядке использования средств отладки и редактирования пользовательских программ.

Часть 3.3. УПРАВЛЯЮЩИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ,

СИСТЕМЫ И СЕТИ

3.3.1. Сосредоточенные и распределенные системы обработки

данных и управления (2 часа)

Классификация систем обработки данных. Понятие о вычислительном комплексе, вычислительной системе и вычислительной сети как развитии понятия ЭВМ в процессе эволюции СВТ.

3.3.2. Вычислительные комплексы (2 часа)

Понятие о многомашинном и многопроцессорном комплексах. Особенности организации вычислительных процессов. Сравнительная характеристика, условия применения. Примеры структур вычислительных комплексов на базе микропроцессоров для систем управления.

3.3.3. Локальные вычислительные сети (4 часа)

Распределенные системы управления и обработки данных - магистральное направление развития АСУ ТП и систем управления. Принципы построения ЛВС. Моноканалы. Адаптеры. Расширение и комплексирование. Реализация. Примеры организации распределенных систем управления на базе ЛВС.

3.2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ (18 часов)

3.2.1. Изучение микропроцессорной системы на основе УМК-580 и системы команд микропроцессора КР580ВМ80А (4 часа).

3.2.2. Изучение команд условного вызова подпрограмм, возврата из подпрограмм и логических команд микропроцессора КР580ВМ80А (4 часа).

3.2.3. Формирование навыков работы с логическими командами микропроцессора КР580ВМ80А (4 часа).

3.2.4. Составление программ управляющих микропроцессорных комплексов на основе микропроцессора КР580ВМ80А (6 часов).

4. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1. Изучение системы команд микропроцессора КР580ВМ80А (10 часов).

4.2. Изучение методов программирования на языке Ассемблер и в кодах микропроцессора КР580ВМ80А (12 часов).

4.3. Подготовка к лабораторным работам (12 часов).

4.4.Проработка лекционного курса (18 часов).

4.5. Подготовка к сдаче экзамена (20 часов).

5.ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

5.1. Вопросы, выносимые на экзамен:

1. В чем преимущества стековой архитектуры микропроцессора?

Перечислить составляющие формата команды
Что такое элемент с 3-мя состояниями?
. Какие регистры специального назначения имеются в любой ЭВМ?
Изобразите простейшую структуру ЭВМ Дж. фон Неймана.
Сколько и каких уровней организации вычислительных процессов в ЭВМ можно выделить?
Какие элементарные операции выполняются в АЛУ ЭВМ при выполнении умножения двух операндов?
Что понимают под интерфейсом?
Перечислите основные способы ввода-вывода в микропроцессорных системах.
Пояснить результаты выполнения команды MOV M,A.
Изобразите простейшую схему подключения контроллера прямого доступа к микропроцессорной системе при организации ввода-вывода в режиме прямого доступа к памяти.
На каких основных принципах базируется развитие ЭВМ с сокращенным набором команд?
Перечислите основные функциональные блоки ЭВМ.
Приведите схему формирования исполнительного (физического) адреса микропроцессора К1810, реализующую сегментный метод адресации памяти.
Каким образом кодируются в ЭВМ положительные и отрицательные числа?
Раскройте основные принципы организации ЭВМ Дж. Фон Неймана.
Что понимают под программным обеспечением ЭВМ?
На каких запоминающих элементах строятся ОЗУ статического и динамического типа?
Какие типы ВЗУ используются в современных ЭВМ?
Какое устройство называется процессором ЭВМ?
Перечислите набор аппаратных средств, реализующих выполнение команд в ЭВМ.
Представьте структуру управляющего автомата с жесткой логикой.
Представьте структуру управляющего автомата с программируемой логикой.
Дайте сравнительную оценку организации управляющего автомата с жесткой и программируемой логикой.
Какое устройство называется микропроцессором?
Раскройте особенности микропроцессора с фиксированной разрядностью и списком команд.
В чем различие архитектуры RISC и CISC?
Представьте структуру графического растрового дисплея.
Типовая структура системы ввода-вывода ЭВМ.
Система прерываний ЭВМ.
Ввод-вывод информации с прямым доступом к памяти.
Программно-управляемый ввод-вывод.
В чем заключается страничная организация памяти ЭВМ?
Привести внутреннюю структуру однокристальной ЭВМ.
Дайте пример реализации системы управления с использованием ЭВМ.
Дайте сравнительную характеристику процессоров персональных компьютеров от In80286 до In 486.
Приведите программную модель 32-х разрядного ПК.
Что понимается под системным блоком ПК?
В чем заключается различие между системной и локальной шинами ПК?
ПО для различных классов: общее (системное) и специальное ПО ЭВМ.
ПО встраиваемых микро-ЭВМ
Понятия: задача, сообщение, обменник, способы посылки и принятия готовых программ в системах реального времени.
Состояние выполняемой задачи, системы приоритетов, обработка прерываний.
Понятие ядра ОС РВ и его функции.
Структура типовой инструментальной ОС.
Операционные системы ПЭВМ.
Принципы построения и работы трех типов трансляторов: ассемблеров, компиляторов, интерпретаторов
Понятие о назначении, составе и порядке использования средств отладки и редактирования пользовательских программ.
Классификация систем обработки данных.
Понятие о вычислительном комплексе, вычислительной системе и вычислительной сети как развитии понятия ЭВМ в процессе эволюции СВТ.
Понятие о многомашинном и многопроцессорном комплексах.
Особенности организации вычислительных процессов.
Привести пример структур вычислительных комплексов на базе микропроцессоров для систем управления.
Принципы построения ЛВС. Моноканалы. Адаптеры. Расширение и комплексирование. Реализация.
Примеры организации распределенных систем управления на базе ЛВС.

6 . УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

6.1. Перечень технических компьютерных средств:

6.1.1. Учебные микропроцессорные комплексы УМК-580 на базе микропроцессора КР580ВМ80А.

6.1.2. Персональные компьютеры IBM PC.

6.2. Перечень рекомендуемой литературы:

Основная литература

1. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. - Л.: Машиностроение, 1974. - 384с.

3. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 234с.

4. Микропроцессоры: В 3-х книгах. Учебник для втузов /П.В.Нестеров и др.; Под редакцией Л.Н.Преснухина. - М.: Высшая школа, 1986.

5. Балашов Е.П., Григорьев В.Л., Петров Г.Л. Микро- и мини-ЭВМ. Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1984. - 176с.

6. Вычислительные машины и системы: Учебник для вузов/В.Д.Ефремов и др. - М.: Высш.шк., 1993. - 292с.

7. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. – М.: ИНФРА, 1997. –342с.

Дополнительная литература

1. Черняк Н.Г., Буравцева И.Н. и др. Архитектура вычислительных систем и сетей.

Фритч В. Применение микропроцессоров в системах управления. - М.: Мир, 1984.

3. Токхайм Р. Микропроцессоры. курс и упражнения. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

4. Алексенко А.Г., Галицын А.А. и др. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах: Программирование, типовые решения, методы отладки. - М.: Радио и связь, 1984. - 272с.

6.3. Учебно-методические материалы:

1. Учебный микропроцессорный комплект на базе микропроцессора КР580ВМ80А. - Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Организация и функционирование ЭВМ» для подготовки бакалавров по направлению 552800 "Информатика и вычислительная техника".